Распространенные типы усовершенствованной керамики

Типы передовой керамики

1. Оксидная керамика

• Глинозем (Al₂O₃):

Из всех современных видов керамики глинозем, или оксид алюминия, является одним из наиболее часто используемых и экономически эффективных вариантов. Известный своей замечательной твердостью, отличной износостойкостью и превосходной электроизоляцией, он находит широкое применение в электронных подложках, механических уплотнениях, биомедицинских имплантатах и режущих инструментах. Термическая стабильность и способность выдерживать высокие температуры делают его идеальным материалом для производства полупроводников, где требуется высокая диэлектрическая прочность наряду с механической прочностью.

• Цирконий (ZrO₂):

Цирконий обладает превосходной вязкостью, устойчивостью к разрушению и высокой прочностью. Его часто называют "керамической сталью" из-за его уникального свойства препятствовать распространению трещин и ударных нагрузок. В различных областях применения, включая зубные имплантаты, высокопроизводительные подшипники, режущие инструменты и быстроизнашивающиеся детали, диоксид циркония находит широкое применение. Благодаря своей биосовместимости и эстетическим качествам диоксид циркония особенно предпочтителен для медицинских имплантатов и ювелирных изделий.

2. Неоксидная керамика

• Нитрид алюминия (AlN):

Нитрид алюминия - это материал с высокой теплопроводностью в сочетании с отличной электроизоляцией. Он также очень важен для высокопроизводительной электроники, поскольку применяется для управления тепловым режимом, например, в теплоотводах, подложках для силовой электроники и оптических компонентах. Его способность эффективно отводить тепло и одновременно обеспечивать электроизоляцию делает его незаменимым в полупроводниках.

• Нитрид кремния (Si₃N₄)

Нитрид кремния обладает превосходной твердостью, износостойкостью и устойчивостью к тепловым ударам. Он широко используется в аэрокосмических и механических деталях, в компонентах двигателей, в качестве материала для режущих инструментов и в высокопроизводительных подшипниках благодаря экстремальным механическим и термическим нагрузкам, которые выдерживает материал. Его стойкость в условиях высоких температур делает его идеальным материалом для турбинных двигателей и других высокотемпературных применений.

• Карбид кремния (SiC):

Карбид кремния относится к самым твердым из известных материалов и характеризуется высочайшей теплопроводностью, прочностью и устойчивостью к истиранию. Этот материал используется в абразивных материалах, режущих инструментах, теплообменниках и полупроводниковых приборах. Высокая термическая стабильность и прочность карбида кремния позволяют использовать его в деталях автомобильных тормозов и керамической броне, применяемой в военной промышленности.

• Нитрид бора (BN):

Помимо теплопроводности и смазывающих свойств графита, нитрид бора является электроизолятором. Нитрид бора выпускается в двух формах. Гексагональный нитрид бора, hBN, по структуре похож на графит и, как и графит, является электроизолятором. Кубический нитрид бора, cBN, - второй по твердости материал после алмаза, используемый в режущих инструментах и шлифовальных кругах при обработке закаленных металлов и сплавов. hBN используется в высокотемпературных смазочных материалах, в качестве теплоизолятора и в абразивных материалах.

• Карбид бора (B₄C):

Карбид бора - один из самых твердых известных материалов, по твердости он стоит только после алмаза и кубического нитрида бора. Карбид бора обладает превосходной твердостью, низкой плотностью, высокой химической стойкостью и поглощением нейтронов. Благодаря этому карбид бора находит широкое применение в оборонной сфере, в частности, в легкой броне военных машин и индивидуальных бронежилетов. Его нейтронопоглощающие свойства удобны в ядерных реакторах, как для стержней управления, так и для экранирования. Широкое применение находит в абразивных материалах, режущих инструментах и полировальных средствах.

Таблица данных о свойствах и использовании

В следующей таблице приведены основные свойства и области применения рассмотренных керамических материалов.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, обратитесь к Stanford Advanced Materials (SAM).

Часто задаваемые вопросы

1. В чем разница между передовой керамикой и традиционной керамикой?

Передовая керамика отличается превосходными механическими свойствами, устойчивостью к широкому диапазону температур и химическому воздействию. Все эти характеристики делают их пригодными для критически важных промышленных применений, в то время как обычная керамика обычно используется для декорирования и малоэффективных применений.

2. Почему диоксид циркония предпочтительнее для зубных имплантатов?

Цирконий используется в зубных имплантатах благодаря своей биосовместимости, прочности и вязкости разрушения, а также по эстетическим соображениям. Сходство с естественными зубами и способность этого материала вести себя как зуб, а также высокая прочность и устойчивость к трещинам делают его идеальным материалом для стоматологических процедур.

3. Может ли алюмооксидная керамика проводить электричество?

Нет, глиноземистая керамика является отличным электроизолятором и находит широкое применение там, где требуется электроизоляция, - от электронных компонентов до подложек.

4. Почему из карбида бора получается хорошая броня?

Чрезвычайная твердость, малый вес и стойкость к пробиванию делают карбид бора идеальным материалом для обеспечения эффективной защиты от баллистических угроз как в личных бронежилетах, так и в броне военной техники.

5. Почему карбид бора используется в ядерных реакторах?

Он используется в ядерных реакторах благодаря своим свойствам поглощения нейтронов, что делает его очень эффективным для использования в качестве материала для стержней управления и радиационной защиты. Это помогает контролировать ядерные реакции и защищать чувствительное оборудование.